第8講分子晶體與共價晶體

【學習目標】

1.能結合實例描述分子晶體中微粒排列的周期性規(guī)律。

2.知道分子晶體中物質的聚集狀態(tài)會影響物質的性質。

3.能借助冰、干冰等模型認識分子晶體中的微粒特點及其微粒間的相互作用。

4.能結合金剛石和晶體硅的晶體結構描述共價晶體中微粒排列的周期性規(guī)律。

5.借助金剛石和晶體硅等的模型認識共價晶體的結構特點，并能說明共價晶體中的微粒及微粒間

的相互作用。

一、分子晶體及其結構特點

1.分子晶體定義及微粒間的作用力

(1)定義：只含的晶體稱為分子晶體。

(2)微粒間的相互作用力：

在分子晶體中，相鄰分子靠相互吸引，分子內原子之間以結合。

2.分子晶體常見堆積方式

分子密堆積分子非密堆積

作用力只有范德華力，無氫鍵有范德華力和氫鍵，氫鍵具有方向性

空間特點每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子空間利用率不高，留有相當大的空隙

舉例Cfi<)、干冰、［2、0：HF、N%、冰

3.常見分子晶體及物質類別

物質種類實例

所有非金屬氫化物H2O>NH3、CH4等

部分非金屬單質鹵素(X2)、02、N2、白磷(P4)、硫(S8)等

部分非金屬氧化物82、PQ10、SO2、S03等

幾乎所有的酸HNO3、H2so4、H3PO4、H2SQ3等

絕大多數有機物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等

4.分子晶體的物理性質

(1)一般烯、沸點，硬度_________,易揮發(fā)，易升華。

(2)分子晶體固態(tài)和熔融態(tài)一般不導電。但有的在水溶液中能導電，有的不能導電。

(3)溶解性：分子晶體的溶解性一般遵循“相似相溶”原理，即非極性溶質易溶于溶劑，極性

溶質易溶于溶劑。

【歸納小結】

1.分子晶體的物理特性

(1)分子晶體具有熔、沸點較低，硬度較小，固態(tài)不導電等物理特性。

(2)分子間作用力的大小決定分子晶體的物理性質。分子間作用力越大，分子晶體的熔、沸點越高，硬

度越大。

2.分子晶體熔、沸點低的原因

分子晶體中分子間是以范德華力或范德華力和氫鍵而形成的晶體，因此，分子晶體的熔、沸點較低，

冷度較小，硬度較小，較易熔化和揮發(fā)。

3.分子晶體的熔、沸點比較

(1)分子晶體熔化或汽化都是克服分子間作用力。分子間作用力越大，物質熔化或汽化時需要的能量

就越多，物質的熔、沸點就越高。

(2)比較分了?晶體的熔、沸點高低，實際上就是比較分子付作用力(包括范德華力和氫鍵)的大小。

①組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。

②相對?分子質量相等或相近時，極性分子的范德華力大，熔、沸點高，如C0>N2。

③能形成氫鍵的物質，熔、沸點較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S,HF>HChNHAPH.

【即學即練1］下列關于分子晶體的說法正確的是()

A.分子晶體中的共價鍵有方向性，而分子間作用力無方向性

B.在分子晶體中一定存在氫鍵

C.冰和B「2都是分子晶體

D.稀有氣體不能形成分子晶體

【即學即練2】下列分子晶體的熔、沸點由高到低的順序是()

①HQ②HBr③HI@C0⑤N2@H2

A.①?@④⑤⑥B.③@①⑤④⑥

C.@@①④⑤⑥D.③②①

二、典型分子晶體的結構

1.冰

(1)水分子之間的主要作用力是，也存在O

(2)氫鍵有方向性，它的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相

互吸引。

2.干冰

(1)干冰中的CO2分子間只存在,不存在o

(2)①每個晶胞有個C02分子，個原子。

②每個C02分子周圍有個緊鄰分子，密度比冰的o

【交流討論】

1.電解水生成氫氣和氧氣時破壞的作用力是什么？

2.為什么液態(tài)水的密度大干冰的密度？

3.干冰升華過程中破壞共價鍵嗎？為什么干冰的熔點比冰低而密度卻比冰大？

4.已知CH?、Coo晶體都屬于分子晶體。Cw分子及CH,、Cw晶胞示意圖如下：

有關甲烷、C60晶體的幾個說法，請你判斷是否正確。

①兩晶體熔化時只需要破壞共價鍵

②SiH4分子的穩(wěn)定性強于甲烷

③C60晶體口J能具有很高的熔、沸點

④C60晶體可能易溶于四氯化碳中

⑤C&)晶體的一個晶胞中含有的碳原子數為240

【即學即練3】如圖為冰晶體的結構模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有關說法正確的是

()

A.冰晶體中每個水分子與另外四個水分子形成四面體

B.冰晶體和干冰晶體之間的作用力一樣

C.水分子間通過H—O形成冰晶體

D.冰晶體融化時，水分子之間的空隙增大

【即學即練4】如圖為干冰的晶體結構示意圖。

⑴通過觀察分析，有種取向不同的CO2分子。將CO2分子視作質點，設晶胞邊長為apm,則緊

鄰的兩個CO2分子間的距離為pm。

⑵其密度〃為(1pm=10',0cm.NA為阿伏加德羅常數的值)。

三、共價晶體結構與性質

1.共價晶體的結構特點

(1)構成粒子及作用力

構成微粒：，粒子間作用力：。

(2)空間結構：整塊晶體是共價鍵三維骨架結構，不存在單個的小分子，是一個“巨分子”。

2.共價晶體與物質的類別

物質種類實例

某些單質金剛石、硼、硅、鋅和灰錫等

某些非金屬化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N，、氮化硼(BN)等

3.共價晶體的熔、沸點

(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必須破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫

度，所以共價晶體具有的熔點。

四、常見的共價晶體結構

1.金剛石

金剛石的晶體結構模型

(I)在晶體中每個碳原子以個共價單鍵對稱地與相鄰的個碳原子相結合，成為正四面體。

(2)晶體中C—C—C夾角為,碳原子采取了雜化。

(3)最小環(huán)上______個碳原子。

(4)晶體中碳原子個數與C-C個數之比為1:(48)=1：2。

2.二氧化硅

(1)二氧化硅的結構

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二兀氧化物，有多種結構，最常見的是低溫石英(aSiCh)。低溫日英

的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，這一結構決定了它具有手性。

(2)二氧化硅的用途

二氧化硅是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維的原料。

【交流討論】

金剛石是典型的共價晶體，天然的金剛石經常呈現(xiàn)規(guī)則多面體的外形。

SiO?是另一種典型的共價晶體。它是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點1713°C,有多種結構，

最常見的是低溫石英(a-SiCh)。遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的

小晶都是低溫石英。其結構如圖。

1.金剛石晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是，12g金剛石中C—C共價鍵數為。

2.二氧化硅晶體中最小的環(huán)上有個原子？晶體中硅原子和與硅原子直接相連的氧原子構成的

空間結構是,60gSiO2晶體中Si—O的數目是o

3.金剛砂又名碳化硅(SiC),是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原

料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，如莫桑石。碳化硅又稱碳硅石。

(1)金剛砂的熔點比金剛石的熔點低還是高？為什么？

(2)金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合多少個碳原子？含有共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)

上有多少個硅原子？

【歸納小結】

1.金剛石的結構

①每個碳原子都采取sp3雜化，與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合，正四面體形結構，鍵角109。281

②晶體中最小的碳環(huán)由6個碳原子組成，且不在同一平面內，最多有4個碳原子在同一平面。

③每個C形成4個C—C,每個C占有2個C—C,即C原子與C—C之比為1：2。

④每個C原子被12個六元環(huán)共用，1個碳環(huán)占有的碳原子為0.5個。

⑤每個C-C被6個六元環(huán)共用。

2.二氧化硅晶體的結構

①1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個O原子和2個Si原子相結合。

②1molSiO2中含4molSi—Oo

③最小環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成。

④每個Si原子被12個12元環(huán)共用，每個O原子被6個12元環(huán)共用。

⑤每個Si—O被6個12元環(huán)共用。

3.常見共價晶體的結構特點

(1)在金剛石、晶體硅、碳化硅中，C、Si均采用sp3雜化。

(2)金剛石晶體中每個C參與了4個C—C的形成，而在每個鍵中的貢獻只有一半，故C原子個數與

C—C的個數之比為1：(4X?=1：2o即1mol(12g)金剛石中含有C—C共價鍵數為2NA。

(3)SiO2晶體的結構相當于將金剛石中的C原子全都換為Si原子，同時在每兩個Si原子中心連線的

口間添加一個O原子，在晶體中只存在Si—O,不存在Si—Si和0—0。

(4)金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等共價晶體中的成健數目：①金剛石(或晶體硅)中，1molC(或

Si)形成2moic—C(或Si—Si)；②碳化硅晶體中，1mol碳或1mol硅均形成4moic—Si；③SiOz晶體中,

1mulSiO2晶體中有4inulSi―Oo

【即學即練7】金剛石具有硬度人、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所

示，下列判斷正確的是（）

A.金剛石中C—C的鍵角均為109。28。所以金剛石和CH?的晶體類型相同

B.金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關

C.金剛石中碳原子個數與C—C鍵數之比為I:2

D.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻

【即學即練8］我們可以將SiO;的晶體結構想象為在晶體硅的Si-Si之間插入0原子。根據SiO2晶體結

構圖，下列說法不正確的是（）

A.石英晶體中每個Si原了通過Si—O極性鍵與4個O原了作用

B.在SiCh晶體中，1個硅原子實際形成4個共價鍵

C.石英晶體中Si原子與0原子的原子個數比為1：2,可用“SiCh”來表示石英的組成

D.在晶體中存在石英分子，故“SiOL能叫分子式

第8講分子晶體與共價晶體課堂檢測

姓名:______________

1.下列各組物質都屬于分子晶體的是（）

A.碘、二氧化碳、白磷、Coo

B.NaCK二氧化碳、白磷、二氧化硅

C.S02、金剛石、N2＞銅

D.醋酸、甲烷、石墨、氧化鈉

2.甲烷晶體的晶胞結構如圖所示，下列說法正確的是（）

A.甲烷晶胞中的球只代表1個C原子

B.晶體中I個CH4分子有12個緊鄰的CM分子

C.甲烷晶體熔化時需克服共價鍵

D.1個CH4晶胞中含有8個CH4分子

3.下列晶體屬于共價晶體的是i）

A.晶體碘B.晶體硅C.干冰D.冰

4.已知SiC晶體具有較大的硬度，且原子間均以單鍵結合，下列關于晶體的說法正確的是（）

A.SiC晶體是分子晶體

B.SiC晶體中，C—Si的鍵長比金剛石中C—C的鍵長要短

C.SiC晶體中微粒間通過離子鍵結合

D.SiC晶體中每個C原子連接4個Si原子，而每個Si原子連接4個C原子

5.下列說法正確的是（）

A.冰融化時，分子中H—O發(fā)生斷裂

B.分子晶體中，共價犍鍵能越大，分子晶體的熔、沸點越高

C.共價晶體中，共價鍵越強，熔點越高

D.分子晶體中，分子間作用力越大該物質越穩(wěn)定

6.根據下表中給出的有關數據，判斷下列說法錯誤的是（）

一晶體硼金剛石晶體硅

AlChSiCl4

熔點/℃190-682573>35001410

沸點/℃18057282351002628

A.SiCL是分子晶體

B.晶體硼是共價晶體

C.AlCb是分子品休，加熱能升華

D.金剛石中的C—C比晶體硅中的Si—Si弱

7.已知SiC的熔點為2700°C,其晶胞結構如圖所示。下列說法錯誤的是（）

A.SiC晶體中碳原子和硅原子均采用sp3雜化

B.硅單質的熔點低于2700C

C.距離硅原了-最近的硅原子數為4

D.若晶胞參數為。pm,則該晶體的密度為焉講7g?cm-3

8.有下列幾種晶體：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金剛石，E.晶體氯，F(xiàn).干冰。

⑴屬于分子晶體的是（填字母，下同），直接由原子構成的分子晶體是一

⑵屬于共價晶體的化合物是。

⑶直接由原子構成的晶體是o

（4）受熱熔化時，化學鍵不發(fā)生變化的是，需克服共價鍵的是。

第8講分子晶體與共價晶體課時同步練習

A組

1.常溫下硫單質主要以S8形式存在，加熱時Sx會轉化為&、S4、S2等，當溫度達到750°C時主要以S2

形式存在，下列說法正確的是（）

A.S8轉化為S6、S4、S2屬于物理變化

B.無論哪種硫分子，在空氣中完全燃燒時都生成SO2

C.常溫條件下硫單質不是分子晶體

D.把硫單質在空氣中加熱到750°C即得S2

2.下列說法正確的是（）

A.范德華力普遍存在于分子之間，如液態(tài)水中因范德華力的存在使水分子發(fā)生締合

B.H2s04為強電解質，硫酸晶體是能導電的

C.冰中1個H2O分子可通過氫鍵與4個水分子相連，所以冰中HzO分子與氫鍵的數目之比為1：4

D.氫鍵有飽和性和方向性，所以液態(tài)水結成冰時體積會變大

3.如圖是某無機化合物的二聚分子結構示意圖，該分子中A、B兩種元素都是第三周期的元素，分子中

所有原子的最外層都達到8個電子的穩(wěn)定結構。下列說法不正確的是（）

XX）OB

A.該物質的化學式是Al2ck

B.該物質是離子化合物，在熔融狀態(tài)卜.能導電

C.該物質在固態(tài)時所形成的晶體是分子晶體

D.該物質中不存在離子鍵，也不含有非極性鍵

4.正硼酸（H3BO3）是一種片層狀結構的白色晶體，層內的H3BO3分子通過氫鍵相連（如圖）。F列有關說法

正確的是（）

A.正硼酸晶體屬于分子晶體

B.分子中硼原子最外層為8電子穩(wěn)定結構

C.H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關

D.1molH3BO3晶體中平均含2mol氫鍵

5.下列說法正確的是（）

A.分子晶體中一定存在分子間作用力，不一定存在共價鍵

B.水加熱到很高的溫度都難以分解與氫鍵有關

C.C02晶體是分子晶體，可推測SiO2晶體也是分子晶體

D.HF、HCLHBr、HI的熔、沸點隨著相對分子質量的增加依次升高

6.下列各組晶體物質中，化學健類型相同，晶體類型也相同的是（）

①SiO?和S03②金剛石和白磷③C02和SO2

④品體硅和金剛石⑤晶體凝和晶體氮⑥硫黃和單質碘

A.???B.??@C.③④⑥D.①③⑤

7.科學家成功地在高壓下將C02轉化為具有類似SiOz結構的共價晶體，下列關于CO?的共價晶體說法，

正確的是（）

A.CO?的共價晶體和分子晶體互為同分異構體

B.在一定條件下，C02共價晶體轉化為C02分子晶體是物理變化

C.C02的共價晶體和CO2分子晶體具有相同的物理性質和化學性質

D.在CO2的共價晶體中，每一個C原子周圍結合4個0原子，每一個O原子跟2個C原子相結合

8.已知氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于該晶體的說

法錯誤的是（）

A.氮化碳屬于共價晶體，比金剛石的硬度更大

B.該晶體中每個碳原子與4個氮原子相連，每個氮原子與3個碳原子相連，氮化碳的化學式為C3N4

C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構

D.該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網狀結構

9.（1）據報道，科研人員應用電子計算機模擬出來類似C60的物質N60,試推測下列有關N60的說法正確的

是（填字母）。

a.Noo易溶于水

b.Noo是一種分子晶體，有較高的熔點和硬度

c.N60的熔點高于N2

d.Noo的穩(wěn)定性比N2強

⑵已知碘晶胞結構如圖所示，請回答下列問題：

_cy___

①碘晶體屬于晶體。

②碘晶體熔化過程中克服的作用力為。

③假設碘晶胞中立方體的邊長為acm,阿伏加德羅常數的值為以，則碘單質的密度為。

10.請按要求填空：

（DC,N元素形成的新材料具有如圖所示的結構，該晶體的化學式為。

⑵氮化碳和氮化硅晶體結構相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點高、化學性質穩(wěn)

定。

①氮化硅的硬度_______（填“大于”或“小于”）氮化碳的硬度，原因是

②已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且氮原子與氮原子不直接相連、硅原子與硅原子

不直接相連，同時每個原子都滿足最外層8電子穩(wěn)定結構，請寫出氮化硅的化學式:

⑶笫HIA、VA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結構與

晶體硅相似。在GaN晶體中，每個Ga原子與個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N

原子構成的空間結構為，GaN屬于晶體。

B組

1.下列說法中正確的是()

A.Cw汽化和L升華克服的作用力不相同

B.甲酸甲能和乙酸的分子式相同，它們的熔點相近

C.NaCl和HC1溶于水時，破壞的化學鍵都是離子鍵

D.常溫下TiCL是無色透明液體，熔點一23.2℃,沸點136.2C,所以TiCL屬于分子晶體

2.有四組同一族元素所形成的不同物質，在101kPa時測定它們的沸點(℃)如下表所示：

第一組A-268.8B-249.5C-185.8D-151.7

第二組

F2-187.0Ch—33.6Br258.7I2184.0

第三組HF19.4HCI-84.0HBr-67.0HI-35.3

第四組

H2O100.0H2S—60.2H2Se-42.0H2Te-1.8

下列各項判斷